Question

16．為測定某碳酸氫鈉樣品的純度（含有少量氯化鈉），某實驗小組通過以下裝置設計實驗方案（已知：每個方案均稱取mg樣品）．

（1）若劑X為足量的Ba（OH）₂溶液，由A、B、D組成實驗裝置．實驗過程中需持續緩緩通入空氣，其主要作用是把生成的二氧化碳全部趕入裝置D中，使之全部被氫氧化鋇溶液吸收．A裝置中NaOH溶液的作用是吸收空氣中的二氧化碳等酸性氣體，D中反應的離子方程式是CO₂+Ba²⁺+2OH^-═BaCO₃↓+H₂O．
（2）若試劑X為濃硫酸，裝置的連接順序為ADCB（填裝置的字母編號）．該方案需直接測定的物理量是裝置C反應前后的質量．
（3）某同學也可用如圖F裝置進行上述測定：
①為了減小實驗誤差，量氣管中加入的液體X為飽和NaHCO₃溶液．②通過實驗，測得該試樣中碳酸氫鈉質量分數偏低，產生這種現象的原因可能是b．（填序號）：
a．測定氣體體積時未冷卻至室溫
b．測定氣體體積時水準管的液面高于量氣管的液面
c．Y型管中留有反應生成的氣體
d．氣體進入量氣管前未用濃硫酸干燥
③量氣管中測得生成的氣體體積為VmL（標準狀況），則該樣品中NaHCO₃的純度為$\frac{3V}{8m}$%．

Answer 1

分析 （1）若劑X為足量的Ba（OH）₂溶液，由A、B、D組成實驗裝置，則用沉淀法測定碳酸氫鈉樣品的純度，即根據產生的二氧化碳與氫氧化鋇反應生成沉淀的質量推算碳酸鈉的質量，進而確定質量分數，在此實驗中要將產生的二氧化碳全部被氫氧化鋇吸收，同時要防止空氣中的二氧化碳對實驗的干擾；
（2）若試劑X為濃硫酸，則為根據產生二氧化碳的質量推算碳酸鈉的質量，進而確定質量分數，實驗時要防止空氣中的二氧化碳對實驗的干擾，據此確定裝置的連接順序，二氧化碳的質量是通過堿石灰的質量變化確定的；
（3）①二氧化碳能溶于水，用飽和碳酸氫鈉溶液可以降低二氧化碳的溶解度，減小實驗誤差．
②a、測定氣體體積時未冷卻至室溫，則測得的氣體體積偏高；
b、水準管的液面高于量氣管的液面，則氣體壓強大于大氣壓，會使測定的體積偏小；
c、原Y形管內有空氣，后留有反應產生的氣體不影響實驗結果；
d、用排水集氣法測定氣體體積，量氣管不需要干燥；
③量氣管中測得生成的氣體體積為VmL（標準狀況），其物質的量為$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，樣品中NaHCO₃的物質的量為$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，根據純度=$\frac{NaHC{O}_{3}的質量}{樣品的質量}$×100%計算；

解答 解：（1）若劑X為足量的Ba（OH）₂溶液，由A、B、D組成實驗裝置，則用沉淀法測定碳酸氫鈉樣品的純度，即根據產生的二氧化碳與氫氧化鋇反應生成沉淀的質量推算碳酸鈉的質量，進而確定質量分數，反應的離子方程式為CO₂+Ba²⁺+2OH^-═BaCO₃↓+H₂O，在此實驗中要將產生的二氧化碳全部被氫氧化鋇吸收，所以通入空氣的作用是把生成的二氧化碳全部趕入裝置D中，使之全部被氫氧化鋇溶液吸收，同時要防止空氣中的二氧化碳對實驗的干擾，所以裝置A中的氫氧化鈉的作用是吸收空氣中的二氧化碳等酸性氣體，
故答案為：把生成的二氧化碳全部趕入裝置D中，使之全部被氫氧化鋇溶液吸收；吸收空氣中的二氧化碳等酸性氣體；CO₂+Ba²⁺+2OH^-═BaCO₃↓+H₂O；
（2）若試劑X為濃硫酸，則為根據產生二氧化碳的質量推算碳酸鈉的質量，進而確定質量分數，實驗時要防止空氣中的二氧化碳對實驗的干擾，所以裝置的連接順序為ADCB，二氧化碳的質量是通過堿石灰的質量變化確定的，所以實驗中要測定的物理量是裝置C反應前后的質量，
故答案為：ADCB；裝置C反應前后的質量；
（3）①二氧化碳能溶于水，用飽和碳酸氫鈉溶液可以降低二氧化碳的溶解度，減小實驗誤差，
故答案為：飽和NaHCO₃；
②a、測定氣體體積時未冷卻至室溫，由于熱脹冷縮，導致所測體積偏大，會使測定結果偏高；
b、氣體壓強大于大氣壓，會使測定的體積偏小，導致碳酸氫鈉的測定結果偏低；
c、原Y形管內有空氣，后留有反應產生的氣體不影響實驗結果；
d、用排水集氣法測定氣體體積，量氣管不需要干燥，d項無影響，
故選b；
③量氣管中測得生成的氣體體積為VmL（標準狀況），其物質的量為$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，樣品中NaHCO₃的物質的量為$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，根據純度=$\frac{NaHC{O}_{3}的質量}{樣品的質量}$×100%=$\frac{\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}×84}{m}$×100%=$\frac{3V}{8m}$%，
故答案為：$\frac{3V}{8m}$%．

點評 本題考查對實驗原理與操作步驟的理解及評價、常用化學用語、化學計算、物質組成的測定等，難度較大，是對所需知識的綜合運用，需要學生具有扎實的基礎知識與分析問題、解決問題的能力，理解實驗原理是解答的關鍵．